Создание карты среды обитания охотничьих ресурсов по результатам дешифрирования разновременных мультиспектральных космических снимков , С. Г. Мышляков, А. С. Скачкова, В. В. Величенко

0

С.Г. Мышляков (компания «Совзонд»)

В 2004 г. окончил Белорусский государственный университет по специальности «география». Работал в научно-исследовательском предприятии по землеустройству, геодезии и картографии «БелНИЦзем» (Минск, Беларусь). В настоящее время — руководитель блока тематической обработки данных ДЗЗ компании «Совзонд».

А.С. Скачкова (компания «Совзонд»)

Окончила географический факультет Белорусского государственного университета по специальности «геоинформационные системы». В настоящее время — специалист по тематической обработке данных ДЗЗ компании «Совзонд». Аспирант географического факультета Белорусского государственного университета.

В.В. Величенко (НИИ прикладной экологии Севера СВФУ)

Окончил факультет охотоведения Кировского СХИ по специальности «биолог-охотовед». Работал в охотничьих хозяйствах спортивного и промыслового направления, а также в лаборатории организации охотничьего хозяйства ВНИИОЗ им. Б.М. Житкова. В настоящее время — ученый секретарь НИИ прикладной экологии Севера СВФУ. Кандидат биологических наук.

Создание карты среды обитания охотничьих ресурсов по результатам дешифрирования разновременных мультиспектральных космических снимков

ВВЕДЕНИЕ

3 июля 2014 г. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 3 июля 2014 г. № 1216-р утверждена «Стратегия развития охотничьего хозяйства в Российской Федерации до 2030 года». Одной из задач реализации государственной политики в сфере охотничьего хозяйства согласно Стратегии является   повышение информационной и научной обеспеченности органов государственной власти для принятия решений в сфере охотничьего хозяйства.

В настоящее время в России повсеместно разрабатываются схемы  размещения, использования и охраны охотничьих угодий субъектов Федерации и муниципальных образований (далее схема). Разработка схемы является обязательным мероприятием, возложенным на региональные органы исполнительной власти соответствующего профиля. Целью разработки Схемы, согласно Приказа Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 31 августа 2010 г. № 335, является планирование в области охоты и сохранение охотничьих ресурсов. Предписания (рекомендации) Схемы обязательны к исполнению, и направлены на обеспечение рационального использования и сохранения охотничьих ресурсов и осуществления видов деятельности в сфере охотничьего хозяйства на территории субъекта (или муниципального образования) Российской Федерации.

Для некоторых регионов России охотничье хозяйство является одной из главных отраслей, во многом определяющих структуру и развитие региональной экономики в целом. Одним из таких регионов является Республика Саха (Якутия). Компания «Совзонд» уже не в первый раз выполняет работы, связанные с информационным обеспечением территориального охотустройства в Республике Саха (Якутия). В 2014 г. компанией «Совзонд» была разработана схема размещения, использования и охраны охотничьих угодий на территории муниципального района «Мегино-Кангаласский улус». Заказчиком работ выступает Государственное казенное учреждение Республики Саха (Якутия) «Охрана, учет и воспроизводство охотничьих ресурсов».

Схема включает в себя описательную, аналитическую и планировочную части. Одой из ключевых задач при разработке схемы является оценка среды обитания для различных видов животных, имеющих охотхозяйственное значение. Оценка выполняется в соответствии с установленной методикой и требует наличия данных о местоположении и площадях категорий и классов элементов среды обитания охотничьих ресурсов. Приказом Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 31 августа 2010 г. № 335 установлен перечень категорий и классов элементов среды обитания охотничьих ресурсов, который используется при характеристике размещения, состояния и использования охотничьих угодий, являющихся средой обитания охотничьих ресурсов.

Ниже приводится описание разработанной в Компании «Совзонд» методики картографирования среды обитания охотничьих ресурсов с применением данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), и иных материалов.

СОСТАВЛЕНИЕ КАРТЫ ЭЛЕМЕНТОВ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ОХОТНИЧЬИХ РЕСУРСОВ

Предлагаемый вышеупомянутым приказом №335 классификатор содержит 13 категорий и 39 классов элементов среды обитания охотничьих ресурсов, которые могут рассматриваться как типы землепользования (Land Use/ Land Cover), биогеоценозы, или, в широком смысле, как ландшафты. Создание подобных карт является классическим приложением данных ДЗЗ.


Табл.
1. Состав категорий и классов среды обитания охотничьих ресурсов Мегино-Кангаласского улуса Республики Саха (Якутия) по результатам дешифрирования

Исходными материалами, непосредственно использованными для составления карты элементов среды обитания охотничьих ресурсов, послужили:

  • Космические снимки Landsat 8 OLI-TIRS; уровень обработки 1T (Terrain Corrected), даты съемки: 19 сентября 2013 г, 8 августа 2013 г и 26 июля 2013 г (USGS, 2014);
  • Набор данных по глобальному изменению лесного покрова Global Forest Change Dataset (Hansen, et al., 2013), в том числе:
    • доля покрытия древесной растительностью (Tree canopy cover) за 2000г.,
    • год потери лесного покрытия,
    • безоблачный композит Landsat7 за 2000 г.,
    • безоблачный композит Landsat7 за 2012 г.;
  • Цифровая модель рельефа ASTER GDEM (METI & NASA, 2014);
  • Данные OpenStreetMap (OSM) в формате Shp (GIS-Lab, 2011);
  • Данные ресурса ВЕГА-Science (ИКИ РАН, 2014):
    • границы пожаров и гарей за 2002-2013гг.;
    • преобладающие древесные породы (2012);
    • карта растительности (Карта экосистем Северной Евразии TerraNorte);
  • Материалы наземных полевых обследований, выполненных в августе 2014 г.

Для предварительной и тематической обработки данных ДЗЗ использовалось программное обеспечение ENVI 5.1, для подготовки векторных слоев, сведения исходных данных и результатов дешифрирования, создание итоговой карты — в ArcGIS 10.2.

ris_1
Рис. 1.Схема дешифрирования классов среды обитания охотничьих ресурсов

Общим принципом дешифрирования является последовательное выделение целевых классов от наиболее простых к сложным с маскированием уже опознанных на каждом шаге обработки (рис. 1).

В первую очередь были выделены населенные пункты, дороги, карьеры, составляющие территории, не предназначенные для ведения охотничьего хозяйства. Территория улуса отличается низкой плотностью населения, поэтому были вручную отредактированы, исправлены либо дополнены соответствующие слои OSM. В результате получены карты классов: непригодные для ведения охотничьего хозяйства (населенные пункты и дороги), преобразованные и поврежденные участки (разработки полезных ископаемых), вырубки и зарастающие поля (чистые просеки).

Также простым классом для выделения являются водные объекты. Водные объекты были выделены на основе порогового значения индекса NDWI (Normalized Difference Water Index, средний для сцен за июль и сентябрь). Крупнейший, и единственный отобразившийся в масштабе съемки водоток — река Лена (ширина русла превышает 2 км). Для оценки условий обитания охотничьих ресурсов важно выделение пойм средних и малых рек региона. Выделение пойменных участков производилось в первую очередь с использованием цифровой модели рельефа ASTER GDEM по пороговому значению. Лена образует в пределах улуса пойму широкую и низкую, четко обозначенную в рельефе, с большим количеством рукавов и стариц. Поймы же средних и малых рек узкие и выражены большей частью отличиями в растительном покрове – они выделялись визуально при редактировании буферного слоя вокруг рек (рис. 2). Вследствие сильных отличий между экологическими условиями в поймах крупных и малых рек, распознавание классов в их пределах производилось отдельно, путем классификации с обучением по способу максимального правдоподобия.

ris_2-1
Пойма реки Лена (сиреневый) выделена по характеру рельефа. Хотя особенно четко граница выделяется на левом берегу за пределами улуса (зеленый). Красный прямоугольник соответствует экстенту рисунка ниже.
ris_2-2
Поймы средних (синий) рек выделены по характеру растительности в пределах трехкилометровой буферной зоны.

В пределах поймы выделены классы: пойменные комплексы с преобладанием леса, с преобладанием травянистой растительности, с разреженной растительностью (песчаные гривы), смешанные кустарниковые комплексы, пашни (в пределах поймы).

Характерной особенностью территории является обилие озер в термокарстовых западинах. Эти озера обычно имеют округлую форму, но могут быть очень разных размеров – от нескольких метров до нескольких километров в диаметре, иногда образуют компактно или протяженно расположенные группы (рис. 3).

ris_4
Рис. 3. Сверху — эрозионно-термокарстовое озеро в окрестностях с. Хочо; снизу — эрозионно-термокарстовые озера на снимке Landsat за 18 августа 2013 г. (различные оттенки синего обусловлены глубиной озера и степенью покрытия зеркала водной растительностью)

В заключительной стадии развития термокарстовых западин озера пересыхают и превращаются в луговину (алас). Вокруг таких западин концентрируется хозяйственная деятельность — небольшие участки пашни и обширные луга, часто заболоченные (рис. 4).

ris_4-1
пастбище на аласном лугу
ris_4-2
пастбище на аласном лугу; справа — пашня (открытые участки почвы правильной формы) и аласные луга (с разреженной и травянистой растительностью вокруг озер) на снимке Landsat за 18 августа 2013 гНа территории улуса также широко распространены пойменные озера и старицы. Озера, расположенные в долинах малых рек, уровень воды в старицах связан с режимом питающих их рек.

Разделение озер производилось на основе принадлежности к пойме: все озера за пределами ранее выделенных пойм — аласные, внутри — пойменные.

В лесном покрове Лено-Амгинского междуречья абсолютно доминирует лиственница даурская, участвуют также сосна обыкновенная, береза, осина, ель сибирская. 5,6% покрытой лесом площади заняты кустарниковыми ивами и кустарниковыми березами.

На этапе разделения породного состава лесов мы уже имеем маску без антропогенных и водных объектов, пойменных комплексов. Чтобы отделить леса от всех остальных классов, снимки были дополнительно маскированы с помощью продукта Tree canopy cover по значению более 20% покрытия древесной растительностью, и классифицированы по методу максимального правдоподобия. Выделены 7 классов: леса хвойные вечнозеленые (сосновые), хвойные листопадные (лиственничные), смешанные с преобладанием хвойных пород (лиственнично-сосновые и лиственнично-березовые), лиственные кустарники (ерники), гари, а также смешанные кустарниковые комплексы пойм малых рек (если не были выделены на предыдущем шаге).

Леса занимают около 67% площади улуса (табл. 1): они покрывают практически все междуречные пространства, за исключением лугов и пастбищ в аласных понижениях. Преобладающие типы лесов — лиственничные, иногда с примесью березы. Вдоль долины Лены ограниченно распространены сосновые леса. На севере улуса на высоких гипсометрических уровнях лиственничные леса сменяются лиственнично-березовыми, а еще выше — зарослями карликовой березы — ерником.

Наибольшее распространение на территории улуса получили лиственничные леса. В данный класс объединены участки лиственничных лесов, произрастающих на влажных и отчасти переувлажненных почвах (рис. 5).

ris_5-1
спелый лиственничный лес
ris_5-2
лиственничный лес на мультивременном композите Landsat (различные оттенки оранжевого обусловлены возрастом лиственничника и примесями других пород)

В класс смешанных лесов с преобладанием хвойных пород включены лиственничники с березой и лиственничники с примесью сосны. Лиственнично-березовые леса распространены диффузно по всей территории.

ris_6-1
лиственнично-сосновый лес
ris_6-2
лиственнично-сосновый лес на мультивременном композите Landsat (переход от оранжевого к синему соответствует смешанным лесам с различными долями лиственницы и сосны)

Лиственнично-сосновые леса (рис. 6) представлены в основном среднепроизводительными древостоями с примесью сосны (единично — березы).

Гари различного возраста занимают более 9% от общей площади угодий. На старых гарях возобновление представлено лиственницей с примесью березы различной густоты. На свежих гарях возобновление представлено в основном березой, ива произрастает куртинами (рис. 7).

ris_7_1
(зарастающая) гарь
ris_7_2
свежая гарь
ris_7_3
разновозрастные гари на мультиврменном композите Landsat (светло-синий — старая гарь, темно-синий — свежая гарь)

Оставшиеся неклассифицированными территории представляют собой в основном сельскохозяйственные земли по аласам, вблизи поселков, а также некоторые другие смешанные и сложно выделяемые категории. Чтобы избежать излишней мозаичности, изображение сегментировалось с помощью объектно-ориентированной классификации, реализованной в ENVI 5.1. Таким образом, были выделены классы сельскохозяйственных земель (пашни, луга и пастбища), молодняки по гарям (как участки разреженных лесов среди гарей), а также дополнены некоторые другие классы.

Все результаты дешифрирования по категориям в итоге представляют не накладывающиеся друг на друга растры классификации. Они были генерализированы с помощью фильтра большинства и сведены в единый растровый слой, по точности соответствующий масштабу 1:100 000. Общий вид итоговой карты представлен на рисунке (рис. 8).

ris_8
Элементы среды обитания охотничьих ресурсов территории Мегино-Кангаласского улуса

КОМПЛЕКСНАЯ КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ОХОТНИЧЬИХ РЕСУРСОВ МЕГИНО-КАНГАЛАССКОГО УЛУСА

В процессе работы проведена инвентаризация и уточнение границ охотничьих угодий, комплексная оценка среды обитания охотничьих ресурсов; выделены территории для создания новых закрепленных охотничьих угодий и зон охраны охотничьих ресурсов; дана характеристика охотничьих ресурсов и оценен их потенциал; выявлены максимальная и хозяйственно-целесообразная численности охотничьих ресурсов.

Ключевой задачей межхозяйственного охотустройства является комплексная качественная оценка (бонитировка) указанных в приказе №335 категорий и классов с точки зрения их пригодности для обитания охотничьих ресурсов. Оценка осуществлялась с учетом биотических, абиотических и антропогенных факторов, влияющих на распространение и жизнедеятельность охотничьих ресурсов.

В процессе охотустройства территории оцениваются только свойственные виду угодья. Однако эти угодья неоднородны по их кормовым, защитным и гнездопригодным свойствам. Для получения интегральной оценки территории, т.е. с учетом всего разнообразия типов угодий, вычислялся средневзвешенный показатель их качества. Пример карт качества среды обитания для различных охотничьих видов приведен на рисунке (рис. 9)

ris_9a
Картосхемы распределения угодий по качеству для отдельных видов охотничьих ресурсов а) Белка
ris_9b
Картосхемы распределения угодий по качеству для отдельных видов охотничьих ресурсов б) косуля сибирская

При определении бонитета элементов среды обитания учитывались четыре основных экологических фактора, определяющих степень пригодности территории для обитания вида: качество угодий, климатические, трофические и антропогенные факторы. Определяющим фактором, влияющим условия обитания  охотничьих зверей и птиц и их численность на территории Мегино-Кангаласского улуса является качество угодий. К другим значимым факторам относятся климатические особенности территории (низкие температуры, глубина снежного покрова, сезонное оттаивание мерзлых грунтов); антропогенная трансформация охотничьих угодий (строительство дорог, трубопроводов, сельскохозяйственное, рекреационное и селитебное освоение); особенности ведения охоты (в т.ч. и браконьерство).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для инвентаризации и оценки среды обитания охотничьих ресурсов и оценки состояния охотничьих угодий, особенно в малонаселенных и труднодоступных районах, использование данных ДЗЗ является безальтернативным. Конечно, можно осуществлять охотустроительные мероприятия на базе крупномасштабных топографических карт, однако ландшафты и среда обитания меняются быстрее, чем обновляются карты. В таком регионе как Якутия, к примеру, нередки лесные пожары, и остающиеся после них лесные гари коренным образом меняют структуру среды обитания животных, биопродуктивность и емкость охотничьих угодий. Это необходимо учитывать при разработке охотустроительных мероприятий.

Разработанная в компании «Совзонд» технология картографирования среды обитания охотничьих ресурсов на базе данных ДЗЗ обеспечивает получение достоверной и качественной информации для выполнения охотустроительных работ профессиональными биологами-охотоведами.

Разработанная в ходе выполнения работ схема предназначена для обеспечения органов исполнительной власти республики и улуса сведениями о составе, качестве и площадях элементов среды обитания охотничьих ресурсов, расположении закрепленных охотничьих угодий, ООПТ, общедоступных охотничьих угодий и зон охраны охотничьих ресурсов. Мероприятия, рекомендованные к исполнению на территории улуса в ходе разработке схемы, будут способствовать улучшению и устойчивому функционированию охотничьих угодий, повышению численности охотничьих видов до оптимальной, рациональной организации охотничьего промысла, минимизации негативного влияния хозяйственной деятельности и развитию охотхозяйственной инфраструктуры.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

GIS-Lab. Данные OpenStreetMap в формате shape-файлов [В Интернете] // GIS-Lab — Географичсекие информационные системы и дистанционное зондирование. — 19 Ноябрь 2011 г.. — 18 Июль 2014 г.. — http://gis-lab.info/qa/osmshp.html.

Hansen M. C. [et al.] High-Resolution Global Maps of 21st-Century Forest Cover Change [Article] // Science. — 2013. — 342.

METI & NASA ASTER GDEM [Online] // ASTER GDEM. — The Ministry of Economy, Trade and Industry of Japan, 2014. — Июль 18, 2014. — http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp/index.jsp.

USGS EarthExplorer [Online] // EarthExplorer. — USGS, Август 14, 2014. — L1T. — 15 Июль, 2014. — http://earthexplorer.usgs.gov/.

ИКИ РАН ВЕГА-Science [В Интернете] // ВЕГА-Science. — ИКИ РАН, 2014 г.. — 20 Июль 2014 г.. — http://sci-vega.ru/.

Министерство природных ресурсов и экологии РФ Приказ от 31 августа 2010 г. № 335 «Об утверждении порядка составления схемы размещения, использования и охраны охотничьих угодий на территории Российской Федерации, а так же требований к ее составу и структуре». — 31 август 2010 г..

Пармузин Юрий Павлович Средняя Сибирь. Очерк природы. [Книга]. — Москва : «Мысль», 1964.

Саввинов Д.Д., Миронова С. И. и Босиков Н. П. Аласные экосистемы: Структура, функционирование, динамика [Книга]. — Новосибирск : Наука, 2005. — Т. 2005.